第五章瓦斯抽采系统和设备选型及布置
第一节矿井瓦斯抽采系统选择
一、瓦斯抽采系统选择的原则
1、开采高瓦斯矿井，应建立地面固定瓦斯抽采系统；
2、地面固定瓦斯抽采系统设计抽采瓦斯量应不小于2m3/min。
3、分期建设、分期投产的矿井，抽采瓦斯工程可一次设计，分期建设、分期投抽。抽采瓦斯站的建设方式，应经技术经济比较确定。一般情况下，宜采用集中建站方式。当有下列情况之一时，可采用分散建站方式：
1）分区开拓或分期建设的大型矿井，集中建站技术经济不合理；
2）矿井抽采瓦斯量较大且瓦斯利用点分散。
3）一套抽采瓦斯系统难以满足要求。
4、地面固定瓦斯抽采系统宜根据下列具体情况分别布置高负压或低负压瓦斯抽采系统：
1）采用采空区抽采等抽采方法的矿井宜采用低负压抽采系统。
2）采用本煤层抽采、边掘边抽等抽采方法的矿井，宜采用高负压抽采系统。
3）采用上述抽采方法的矿井，且矿井设计抽采量不小于10m3/min时，宜分别建立高、低负压抽采瓦斯系统。
二、瓦斯抽采系统选择
本矿井为高瓦斯矿井，根据GB 50471-2008《煤矿瓦斯抽采工程设计规范》及AQ 1055-2008《煤矿建设项目安全设施设计审查和竣工验收规范》、《煤矿安全规程》，该矿必须建立地面永久抽采瓦斯系统。抽采系统服务年限内开采C8煤层时采用工作面采前预抽、工作面边采边抽、掘进工作面先抽后掘和半封闭采空区瓦斯抽采、全封闭采空区瓦斯抽采的抽采方法。按照《煤矿瓦斯抽采达标暂行规定》（安监总煤装〔2011〕163号）文要求，设计采用高、低负压两套抽采瓦斯系统。
矿井开采C8煤层预抽C9煤层时设计抽采量为3.21m3/min，开采C9煤层预抽C8煤层时设计抽采量为4.61m3/min。低负压系统瓦斯最大抽采量为抽采C8煤层全封闭采空区及半封闭采空区时的瓦斯抽采量，合计为0.89m3/min。其中半封闭采空区瓦斯抽采量为0.54m3/min，全封闭采空区瓦斯抽采量为0.35m3/min。高负压系统瓦斯最大抽采量为4.24 m3/min。
第二节抽采管路布置及选型计算
矿井现有2台2BE1 303-0型瓦斯抽采泵，电机功率90kW，井下管路均采用PVC-KM 型煤矿井下用聚氯乙烯管，主管Φ225×8.1，支管Φ160×5.8。
一、抽采管路系统选择
(一)管网系统
管网系统由三部分组成：
1、主管，抽采和输送全矿井瓦斯管路；
2、分管，抽采和输送一个或几个采区的的瓦斯管路
3、支管，抽采和输送一个采、掘工作面的瓦斯管路；
4、管网附属装置，包括：
1）测压、测流量和调节装置：用于调节、控制和测量管路中瓦斯浓度、流量和压力等参数；
2）安全装置：用于安全防护，包括接地保护、放水器等装置；
3）安全监测监控装置：监测瓦斯抽采系统运行状况并进行相应的控制。
（二）矿井抽采管路系统布置
根据以上管路系统选择原则，并结合矿方接替采区巷道布置，设计采用在回风斜井工业场地附近地面抽采站安设抽采管路，投产初期瓦斯抽采管路系统布置详见图：W13075-298-1/2
二、抽采管路管径计算及管材选择
（一）瓦斯管径计算
根据抽采管道服务的范围和所负担抽采量的大小，其管径按下式计算：
D=0.1457(Q混/V)1/2
式中
D——瓦斯管内径，m；
V——管道中混合瓦斯的经济流速，m/s；经济流速可取5～12m/s。按照大管径流速取大值、小管径流速取小值，管路系统较长者流速取小值、管路系统较短者流速取大值的原则选取经济流速。
Q混——管内混合瓦斯流量，m3/min；按照开采各类管道的流量应按照其使用年限或服务区域内的最大值确定，并应有1.2～1.8的系数。备用系数取1.5。抽采瓦斯管径计算结果见表5-2-1和表5-2-2。
（二）管材选择
瓦斯管的管材尽量采用国家定型产品，且必须取得“MA ”标志。目前常用的管材有无缝钢管、PVC-KM 煤矿井下用聚氯乙烯管等。管材选择一般考虑运输、安装、使用、维修、防腐、防碰撞及投资等因素。由于PVC 管材比重仅为钢管的1/5.6，且其使用寿命、安全性能、维护和防腐等方面的优势远远高于钢管，故本设计井下瓦斯抽采管道均选用PVC 矿用抗静电阻燃复合管。地面采用螺旋焊接钢管，低负压采用Φ325×7.0型螺旋焊接钢管，高负压采用Φ377×9.0型螺旋焊接钢管，螺旋焊接钢管采用法兰连接。并涂刷防锈漆防腐。
（三）抽采管路阻力计算
抽采管路阻力损失计算应选择抽采系统服务年限内一条最长的抽采管路进行计算，开采C 19b 煤层（三盘区）时瓦斯管路最长，所以低负压最长管路按地面至回采C 19b 煤层生产采空区计算，高负压最长管路按地面至C 19b 煤层工作面回风巷计算。
抽采管路总阻力包括直管摩擦阻力和局部阻力； 直管摩擦阻力可用下式计算：
Q
d
K L h f 2
5
08
.9∆=
式中：H —阻力损失，Pa ；
L —管路长度，m ；
Q—管路流量，m3/h；
d—管路内径，cm；
K0—系数，根据管径不同选取；
Δ—混合瓦斯对空气的相对密度，kg/m3。其中△按下式计算：
2
2 2
1
1
r
n r
n
r+
=
∆
式中：r1——瓦斯密度，取0.715kg/m3；
n1——混合瓦斯中瓦斯浓度；
r2——空气密度，取1.293kg/m3；
n2——混合瓦斯中空气浓度。
局部阻力可用估算法计算，一般取摩擦阻力的10％-20％。
抽采管路阻力损失计算结果见表5-2-3和表5-2-4。
四、抽采管路敷设及附属设施。
管路联接是瓦斯抽采管网系统中重要环节，是系统中主要漏气点。PVC-KM煤矿井下用聚氯乙烯管其连接采用扩口承插、法兰、丝扣等方式，安装、拆卸、修复快捷方便。本设计主管采用法兰联接，支管和干管均采用扩口承插粘接方式连接或者R扩口连接方式，移动部分采用快速接头连接。地面管路采用法兰盘连接。管路敷设及安装要符合下列要求：
1、抽采管路通过的巷道曲线段少、距离短。转弯时不要转急弯。
